玻纤增强聚丙烯复合材料的应变率敏感特性

采用层合热压实验法将玻璃纤维基毡与聚丙烯薄膜复合制成不同玻纤含量的玻纤增强聚丙烯(GF/PP)复合板材,在不同的加载速率下进行拉伸测试,研究GF/PP复合材料的应变率敏感特性,分析Burgers模型对该材料本构关系拟合预测的可行性。结果表明:GF/PP复合材料在低应变率范围内对应变率是敏感的,随应变率的增加,其断裂应力和抗拉强度增大;随玻璃纤维含量的增加,其所对应的应变率效应反而有所下降。同时,Burgers模型能够有效地拟合预测出该材料的拉伸应力-应变曲线,与实验曲线相比,进一步验证了GF/PP复合材料的应变率敏感特性及其变化趋势。

墨鱼骨结构的力学行为及其应变率效应

墨鱼骨是一种墨鱼内部产生的生物矿化壳,通过调节壳内的气液比从而实现墨鱼的深浅浮动,同时满足轻质和高刚度的力学特性,使墨鱼能够很好地适应深海环境,所以墨鱼骨是一种典型的高比刚度的多孔材料。为探究墨鱼骨结构的力学性能,通过Instron材料试验机和分离式Hopkinson压杆实验装置,对墨鱼骨在不同加载应变率下的力学行为进行研究。研究结果表明,墨鱼骨在准静态加载下,其应力-应变曲线呈现典型的三阶段变化模式,即弹性段、平台段和压实段,具有很好地吸能缓冲作用;随着加载应变率的提高,墨鱼骨的初始压溃应力和平台应力也随之增加,表明墨鱼骨材料对加载应变率存在很强的敏感性。进一步分析不同生长方向的墨鱼骨在准静态压缩下的力学行为,结果表明随着生长方向的增加,墨鱼骨结构的刚度和吸能性能都得到了弱化,从而揭示了墨鱼骨材料压缩行为的各项异性。

微纳米晶金属的应变率敏感性及应变硬化行为分析

基于亚微米、纳米晶粒组织塑性变形过程中多种变形机制(位错机制、扩散机制及晶界滑动机制)共存,建立了理论模型,用于定量研究亚微米、纳米晶粒组织的塑性变形行为.以铜为模型材料,计算分析了晶粒尺度、应变率以及温度对亚微米、纳米晶粒组织塑性变形行为的影响.结果表明:相比粗晶铜,亚微米晶铜表现出明显的应变率敏感性,并且应变率敏感系数随晶粒尺度及变形速率的减小而增大;同时,增大变形速率或降低变形温度都能提高材料的应变硬化能力,延缓颈缩发生,进而提高材料的延性.计算分析结果与实验报道吻合.

单向复合材料高应变率下材料特性的研究(英文)

在船舶领域,复合材料及夹芯复合材料板梁结构已大量应用在舰船结构中,尤其游艇及复合材料高速艇上。在运行过程中,这些结构有时很可能会受到如砰击、碰撞等动态载荷或高速冲击载荷。然而到目前为止,大多数的结构设计所用到的材料特性仍基于低应变率情况下的准静态测试结果。该文研究了高速艇等结构中的纤维增强复合材料高应变率情况下的材料特性,通过引入一种粘弹性模型来模拟并分析研究对象。并在世界先进的INSTRON高应变率材料试验机上设计并完成了相关试验,验证了该粘弹性模型、确定了模型中的材料参数。该粘弹性模型然后被用来研究分析应变率对单向复合材料机械特性的影响。

CTPB材料空隙率及其应力-应变特性

半刚性透水贫混凝土或称水泥处治排水层(Cement Treated Permeable Base,以下简称CTPB)材料的透水能力决定其排水性能,一定级配的无细料或少细料集料与水泥结合在一起,经适当的压实后,形成一种具有稳定结构的半刚性透水贫混凝土混合料。CTPB材料在长期使用过程中,能保持一定的透水能力、强度要求及抗变形性,使路面保持正常的使用功能。本文对CTPB材料的空隙率(与CTPB材料级配有关)及其应力-应变特性作了一些试验研究。

高应变率下聚氨酯泡沫材料动态力学性能研究

在静力试验的基础上,利用INSTRON-1185型万能材料试验机在快速加载条件下对不同应变速度的聚氨酯泡沫材料动载抗压性能进行了较系统的试验,完整给出了聚氨酯泡沫材料在高应变速率下的动态应力应变曲线,定性研究了聚氨酯泡沫材料的动态力学行为,探讨了该材料性能与加载速率的关系,得到了考虑应变率效应的材料动态本构关系,最终给出了便于工程应用的材料静态和动态力学参数之间的关系.

碳纤维增强复合材料的中低应变率力学性能试验研究

目的研究碳纤维增强复合材料的中低应变率力学性能。方法利用电子万能试验机和高速液压伺服材料试验机对[(±45°)]4s和[(±45°)]8两种铺层碳纤维增强复合材料进行常温下准静态和中低应变率力学性能试验,得到不同应变率下的应力应变曲线和失效参数。结果在应变率6.7×10-4~500 s-1范围内,两种铺层材料均具有明显的应变率强化效应,材料失效应力随应变率的提高而增大。两种铺层材料均发生纤维断裂失效和局部的分层失效,但[(±45°)]4s铺层发生燕尾形失效,[(±45°)]8铺层发生剪切失效。结论获得了碳纤维增强复合材料在不同应变率下的力学性能参数,可为复合材料飞机结构的抗冲击设计和仿真分析提供准确的材料参数。

应变硬化水泥基复合材料动力学性能研究现状与进展

应变硬化水泥基复合材料(Strain-hardening cementitious composites,SHCC)作为一种高延性水泥基复合材料在结构修复和改造、加固无筋砌体墙、加固钢筋混凝土梁和防冲击或防爆板等方面具有广阔的应用前景。对SHCC的动力学性能进行详细研究有利于其在抗冲击或抗爆结构中的广泛应用。针对不同基质组成、纤维类型的SHCC静力学性能的理论分析和试验研究已经相对完善,然而对于SHCC动力学性能的研究主要集中在不同应变率、纤维类型及基质组成等对其动力学性能的影响。但针对高、超高应变率和围压等因素作用下的动力学性能研究尚未形成统一认识,同时也未明确得到SHCC动力学性能具体发展机理。近期研究结果表明:SHCC具有明显的应变率效应。在动态加载下,SHCC的应力和断裂能随着应变率的提高而提高,而其应变则相反。更深一步的研究表明,通过在SHCC中掺加粉煤灰等废料来改善纤维与基质之间的粘结可以明显提高其冲击能量耗散能力。本文系统地总结了国内外相关研究学者对SHCC动力学性能的研究现状,综述了SHCC动力学试验设备的原理、组成、优缺点及施加的应变率范围,同时进一步阐述了不同动力学试验设备在SHCC动力学性能研究方面的应用;然后对SHCC动态拉伸、压缩及侵彻性能进行归纳,全面揭示了应变率、纤维类型及基质组成对SHCC动力学性能发展的影响规律;最后,探讨了SHCC动力学性能研究领域所面临的问题,意在为日后SHCC动力学性能的理论分析和试验研究提供一定的建议和方向。

铝基碳纳米管增强复合材料的动态力学行为及应变率效应

利用电子万能实验机及Hopkinson拉压杆对碳纳米管质量分数为1%的铝基碳纳米管增强复合材料(CNTs/Al)进行了动静态拉压力学试验研究,以揭示碳纳米管对铝基材料的应变率效应及力学行为的影响。实验结果表明,与纯铝试样相比,CNTs/Al因掺杂CNTs而引起的晶粒细化、位错强化和载荷转移等强化机制作用,强度具有明显提升;通过动静态加载下的单轴拉压实验表明,与纯铝相比,掺杂CNTs增加了铝基复合材料在拉伸加载下的应变率强化效应,与压缩加载下略有不同。另一方面,纯铝与CNTs/Al在高应变率下的应变硬化能力均显著提高,且动态拉伸下的拉伸断裂应变均高于静态值,分析认为与高应变率下位错动态回复受到抑制有关。

应力波在用SHPB研究材料动态本构特性中的重要作用

在材料动态本构关系的研究中,不论是由波传播信息反求材料本构关系,即所谓解第二类反问题,还是利用应力波效应和应变率效应解耦的方法(如SHPB技术),应力波传播实际上都起着关键作用。在一般性讨论的基础上,就SHPB试验技术分析了应力波传播如何影响材料动态本构特性的有效确定。对于应力/应变沿试件长度均匀分布假定以及一维应力波假定,着重进行了分析。

铜纳米丝的应变率和尺寸效应的分子动力学模拟

用分子动力学方法对铜纳米丝的应变率效应和尺寸效应进行了模拟研究。结果表明,随着加载应变率的增大,铜纳米丝从低应变率下的静态响应逐渐呈现出较高应变率下的准静态以及高应变率下的动态响应特征,其变形机制以及应力-应变曲线的形态也随之发生变化。在静态和准静态区域,位错运动是铜纳米丝塑性变形的主要来源,而在高应变率动态加载时,铜纳米丝出现整体结构的非晶化,最大屈服应力也随着应变率的升高而增大。强化现象明显,当铜纳米丝的截面尺寸变化时,其弹性模量、屈服应力以及屈服应变、进入强化区域的临界应变率等都发生相应的变化,尺寸效应显著。

应变率对铸造镁合金AZ91压缩力学性能影响研究

利用INSTRON准静态试验机和分离式Hopkinson压杆系统对铸造镁合金AZ91进行了不同应变率下的压缩试验。试验结果表明:应变率对镁合金AZ91压缩性能影响很大。室温条件下,铸造镁合金AZ91具有明显的应变硬化性质。在准静态压缩过程中材料对应变率负敏感,当应变率达到7×103s-1时,AZ91表现出明显的应变率敏感性。

高应变率下TA17钛合金的流变行为及其本构模型研究

在温度为25℃下,对TA17钛合金进行了准静态(应变率为0.001 s^(-1)~0.01 s^(-1))和动态(应变率为1000 s^(-1)~5000 s^(-1))压缩试验。研究了其应变硬化特性以及应变率对其流变行为的作用机制,并借助应变硬化指数(n)、应变率敏感性指数(m)定量研究其高应变率下的流变特征。基于TA17钛合金所呈现的动态流变特征,并考虑应变、应变率间的耦合作用对其流动应力的影响,构建了一种新型J⁃C本构模型。依据所获取的实验数据对模型参数进行识别,将模型预测值与实验数据进行对比分析,并引入相关系数(R)和平均相对误差两个参数对所构建的本构模型的预测精度进行评估。结果表明:TA17钛合金呈现出明显的应变硬化,应变率强化以及应变率增塑效应,其流变行为受应变、应变率以及二者间的耦合作用的支配。应变硬化指数随应变、应变率的增加均减小,而应变率敏感性指数随着应变率的增加而增加,随着应变的增加而减小。所构建的本构模型,其相关系数(R)为0.9977,平均相对误差为0.27%,能够较准确地预测其高应变率下的流变行为。

钨颗粒增强铝/聚四氟乙烯材料的冲击反应特性

针对模压烧结法制备的4种不同配比的铝/钨/聚四氟乙烯(Al/W/PTFE)反应材料,采用分离式霍普金森压杆加载方法和高速摄影技术研究其冲击反应特性。实验结果表明:随着W含量的增加,反应材料的屈服强度和破坏强度提高;反应材料的应力-应变曲线分为弹性阶段、硬化阶段和破坏阶段,动态压缩特性具有明显的应变率效应;Al/W/PTFE反应材料的冲击反应过程可分为变形、破坏和燃烧反应;Al/W/PTFE反应材料中增加W含量,提高了材料的反应应变率阈值和比能量阈值。

等径通道挤压铝在较宽温度和应变率下的单轴压缩行为(英文)

在较宽温度和应变率范围内,对等径通道挤压(ECAP)方法制备的超细晶铝进行单轴压缩试验,研究温度对流动应力、应变硬化率和应变率敏感性的影响。结果表明:ECAP铝与粗晶粒度铝相比,温度对其流动应力和应变率敏感性的影响更大,超细晶铝的温度敏感性较粗晶粒度铝弱。根据试验结果,估计了不同温度和应变率下的表观激活体积。ECAP铝在准静态应变率下,与林位错相互作用是主导的热激活机制,而粘曳在高应变率下起着更重要的作用。

一种超细晶材料的混合硬化模型及其数值模拟

针对超细晶材料强度高、塑性能力不佳以及饱和应力跟晶粒尺寸和应变率等因素有关的特点,在Johnson-Cook模型的基础上引入Hall-Petch关系式,再与Armstrong-Frederick非线性随动硬化规律进行叠加,提出一种同时包含各向同性硬化和非线性随动硬化的混合硬化模型。该数学模型不仅考虑了超细晶材料的尺寸效应,还计及了加工硬化和包辛格效应的组合效应。在推导出该混合硬化模型的积分算法的基础上进行有限元数值分析和试验数据的对比分析。对比结果表明,不同晶粒大小与不同应变率下的超细晶材料的数值仿真结果与试验数据均吻合较好,进而证明该数学模型的合理性。因此,该混合硬化模型不仅丰富了塑性力学的内容,也可为超细晶材料的结构件设计提供一定的理论依据。

材料特性对板材成形界限的影响研究

本文对影响板材成形的重要因素———材料特性(应变硬化指数n、塑性应变比R、扩孔率λ)进行了较深入的分析、研究,深入地揭示了裂纹形成的内在规律及解决方法,从而为保证生产高精度的、高质量的合格制品提供可靠依据。

双锥构型三维点阵材料压缩特性

对空心杆双锥构型点阵材料的压缩性能进行研究,对比了点阵材料与均质材料的压缩性能.点阵材料及均质材料的试件都采用多喷头光固化树脂增材制造技术制备,通过试验测试了均质材料件及2种元胞尺寸点阵材料件的压缩性能,获得了不同应变率载荷下的压缩应力-应变曲线,探索了元胞尺寸、加载应变率对材料压缩性能的影响,得到了材料破坏前的应力-应变关系预测表达式,应力预测结果与试验结果相吻合.研究结果表明:点阵材料的元胞尺寸对材料压缩性能影响显著;不同应变率下点阵材料的屈服应变变化不大,屈服强度差异相对较大;制备的点阵材料屈服应变大于均质材料屈服应变,但屈服强度不具备优势.

冲击载荷下硼酸改性端羟基聚硅氧烷-二氧化硅复合材料的响应特性

为研究硼酸改性端羟基聚硅氧烷-二氧化硅轻质冲击硬化聚合物复合材料抗冲击特性及其机理,进行了单轴压缩、冲击试验;结合高速摄影和数字图像相关技术以及有限元仿真,研究材料的变形过程。结果表明:该材料在准静态载荷下呈黏性流动态,而在动态载荷下呈现固体状态,其流动应力提高了104倍以上;当受到冲击载荷时,材料表现出一定的抗冲击性能,且抗冲击性能随着冲击速度和颗粒含量的提高而增强,材料在冲击过程中处于压力-剪力耦合应力状态,剪力所起作用随着冲击速度提高而逐渐增强;高速摄影结果显示,材料在冲击过程中发生阻塞转变,其中动态压缩导致材料局部硬化并表现出抗冲击特性,剪应力决定了材料抗冲击性能的应变率敏感性。因此,提高材料动态剪切响应是改善材料抗冲击性能的最优途径。

考虑被加工材料动态特性的切削动力学理论

本文考虑了率敏感材料动力特性对切削振动的影响.指出刀尖周围高应变率变形金属是典型的粘塑性介质,因而是影响切削振动的重要阻尼源.运用材料的粘塑性本构方程建立了新的切削动力学模型及其传递函数,并给出了材料粘性系数表达式.